Анализ мировой практики производства ферромарганца в электропечах свидетельствует о том, что его получают бесфлюсовым способом, благодаря низкому содержанию в рудах фосфора и кремнезема. Плавку ведут из расчета получения стандартного по фосфору высокоуглеродистого ферромарганца и передельного шлака с повышенным содержанием марганца. Бесфлюсовая плавка ферромарганца в условиях с применением отечественных бедных марганцевых концентратов не представляется возможной вследствие высокого содержания в них фосфора и SiO2. В связи с этим в СНГ весь ферромарганец как в доменных, так и электрических печах выплавляют флюсовым способом с применением в шихте сырого известняка.

Технология выплавки ферромарганца флюсовым процессом с использованием в шихте известняка резко ухудшает все показатели процесса. Расход известняка в количествах 850—950 кг на 1 т ферромарганца приводит к дополнительным неоправданным потерям электроэнергии и кокса. Освоение выплавки ферромарганца с использованием офлюсованного марганцевого агломерата также не решает проблемы удельного расхода электроэнергии, извлечения марганца и качества сплава. Повышение качества марганцевых ферросплавов за счет введения в состав шихты передельного низкофосфористого шлака (НФШ) (как это предусмотрено проектной технологией) неизбежно приводит к ухудшению технико-экономических показателей производства.

Снижение качества марганцевых концентратов приводит к ухудшению извлечения марганца на стадии металлургического передела, что вызывает необходимость внедрения в промышленность новых методов подготовки марганцевых концентратов, обеспечивающих наряду с дефосфорацией и их обескремнивание. Этим требованиям отвечает разработанный гидрометаллургический (содовый) способ дефосфорации и обескремнивания оксидных марганцевых концентратов, позволяющий снизить содержание фосфора в концентратах в 10 раз и кремнезема в два раза. На Ленинградском опытном заводе ВАМИ из низкосортного марганцевого концентрата, содержащего 32,64 % Mn, 0,25 % P, 20,8 % SiO2, была получена опытная партия (50 т) низкофосфористого и низкокремнеземистого гидрометаллургического марганцевого концентрата (ГМК), содержащего 32,8 % Mn, 11,5 % SiO2, 0,022 % P.

Полученный ГМК имел следующие физические свойства: плотность 3,28 г/см3; максимальная молекулярная влажность 23,1 %; удельная поверхность (внешняя) 310 м2/кг; удельная поверхность (полная) 17,1 • 103 м2/кг; крупность 0—0,16 мм. Концентрат характеризовался хорошей способностью легко окомковываться. Большая внутренняя пористость обеспечивала высокую восстановимость концентрата.

Ввиду высокой степени измельчения ГМК перед агломерацией подвергали окомкованию совместно с коксовой мелочью на чашевом окомкователе диаметром 1 м. Процесс окомкования, благодаря наличию в концентрате силиката натрия, проходил успешно с получением гранул диаметром 3 —8 мм. Опытные партии агломерата из ГМК обладали высокими физико-механическими свойствами; он не разрушался при длительном хранении.

Выплавку марганцевых сплавов с использованием агломерата ГМК осуществляли в печи ОКБ-616 с установленной мощностью печного трансформатора 1600 кВ • А. Было проведено четыре варианта (А—Г)
опытных плавок: А — выплавка высокоуглеродистого ферромарганца флюсовым способом по существующей технологии НЗФ; Б — выплавка высокоуглеродистого ферромарганца бесфлюсовым способом с введением в шихту агломерата ГМК; В — выплавка силикомарганца по технологии НЗФ; Г — выплавка силикомарганца с введением в шихту передельного шлака бесфлюсовой плавки ферромарганца. Подшихтовку передельных марганцевых шлаков и агломерата ГМК осуществляли из расчета получения сплавов с содержанием фосфора 0,35—0,40 %. Для опытных плавок использовали шихтовые материалы (табл. 12.8) следующего гранулометрического состава: марганцевый агломерат 0—50 мм, известняк, кварцит 0,-50 мм, кокс 5—20 мм, состава: углерода 80,8 %, зольность 17,0 %; летучих — 2,2 %.

Состав колош для вариантов плавок А—Г был следующим:

Состав колош

Химический состав металла по вариантам плавок приведен в табл. 12.9 и шлака в табл. 12.10.

Химический состав шихтовых материалов

Химический состав ферромарганца и силикомарганца опытных плавок

Химический состав шлака опытных плавок ферромарганца и силикомарганца

Установлено, что подшихтовка агломерата ГМК к агломерату АМНВ -1 в количестве 30,22 % (вариант Б) позволяет выплавлять ферромарганец бесфлюсовым способом. Замена флюсового способа (вариант А) бесфлюсовым (вариант Б) обеспечивает повышение производительности электропечи на 36 %, снижение удельного расхода электроэнергии на 26,72 % и кокса на 39,5 %. При этом из состава шихты полностью выводится известняк. В связи с тем, что расход кокса при выплавке ферромарганца бесфлюсовым процессом снижается на 184 кг/баз. т и полностью выводится из шихты известняк (992 кг/баз. т), выход отходящих колошниковых газов резко снижается и составляет для флюсового процесса 945 м3/баз. т и бесфлюсового — 360 м3/баз. т, т. е. уменьшается в 2,5 раза.

При выплавке силикомарганца с применением передельного шлака бесфлюсовой плавки ферромарганца (вариант Г) имеет место повышение удельного расхода электроэнергии (на 234 кВт • ч/т) и расход кокса (на 44 кг/т) с одновременным повышением извлечения марганца почти на 7 %, что объясняется существенным ускорением процессов совместного восстановления марганца и кремния углеродом и в присутствии оксидов щелочных металлов, содержание которых в шлаке опытного варианта на 1,7 % выше, чем в базовом. Механизм ускоряющего действия щелочей состоит в изменении структуры силикатного расплава, улучшении его физико-химических свойств и повышении химической активности оксидов марганца и кремния к углероду. Сравнительный анализ экономических расчетов показал, что в случае применения агломерата ГМК для выплавки ферромарганца бесфлюсовым процессом себестоимость его по сравнению с существующим флюсовым процессом повышается на 2,1 %, а приведенные затраты — на 2,5%. Однако при выплавкесиликомарганца с введением в шихту передельного шлака ферромарганца бесфлюсовой плавки себестоимость его по сравнению с существующей технологией (вариант В) снижается на 26,3%, а приведенных затрат — на 25,1%.

Внедрение разработанной сквозной малоотходной технологии выплавки ферромарганца и силикомарганца с введением в шихту качественно нового марганцевого сырья — гидрометаллургического марганцевого концентрата позволило бы выплавлять стандартный по фосфору (0,35—0,40 % P) ферромарганец бесфлюсовым процессом, исключающим на первом переделе потери марганца с отвальными шлаками. Замена флюсового процесса на бесфлюсовый при выплавке ферромарганца с использованием ГМК обеспечивает рост производительности печи на 36 %, снижение удельных расходов электроэнергии на 26,72 % и кокса — на 39,5 %, полное выведение известняка из состава шихты и уменьшение выхода колошникового газа в 2,5 раза. Новая технология позволяет получать также силикомарганец высшей категории качества с <1 0,35 % P. Повышенное содержание оксидов щелочных металлов (4—5 %) в шлаке бесфлюсовой плавки ферромарганца интенсифицирует процессы восстановления марганца и кремния. Сквозное извлечение марганца по двум переделам повышается на 6,7 %, значительно снижаются расходы марганцевого сырья, кварцита, кокса и электроэнергии при высоких технико-экономических показателях процесса.

Таким образом, главным направлением научно-технического прогресса в марганцевой промышленности страны является получение низкокремнеземистых и низкофосфористых марганцевых концентратов. При наличии такого марганцевого сырья становится возможной организация выплавки ферромарганца бесфлюсовым способом с получением передельного марганцевого шлака, который затем используют для получения товарного низкофосфористого силикомарганца. При этом богатый марганцевый шлак высокого качества по содержанию фосфора может использоваться для подшихтовки к исходному концентрату (агломерату) для получения требуемого содержания фосфора в сплаве.